Сила. Связь между ускорением и силой. Второй и третий законы Ньютона

Сила. Связь  между ускорением и силой.   Второй и третий законы Ньютона.

Цели урока: 
учебные: изучить понятия сила, масса второй и третий закон Ньютона , добиться понимания этого закона, умения применить его для решения простых задач;

развивающие - умение делать выводы, совершенствование интеллектуальных способностей и развитие речи учащихся, стимулирование интереса к предмету путём привлечения дополнительного материала;

 Совершенствовать навыки учащихся  и расширять их границы при  выполнении качественных, расчетных  задач по динамике.

воспитательные: продолжить работу по формированию у учащихся добросовестного отношения к учебному труду, гуманности, эстетического восприятия мира;

воспитать стремление к познанию. 
Оборудование: мультимедиа, карточки заданий, динамометры, бруски, стакан, лист, бумаги, монета, грузы, нить.

 

Ход урока:

 

1. Организационное начало
2. Повторительно – обучающая работа

 

1. Опрос у доски 

Утверждение механики

Понятие материальной точки

Первый закон Ньютона

2. Работа по карточкам

 

КАРТОЧКА 1

1. Какое тело из перечисленных ниже двигается прямолинейно?

1. Конец минутной стрелки
2. Автомобиль на крутом вираже
3. Мальчик на качелях
4. Взлетающая ракета

2. Шарик скатывается по наклонному прямому желобу с постоянным ускорением, по модулю равным 2 м/с².  На сколько увеличиться скорость шарика  за 3 с? 

 

КАРТОЧКА 2

1. Можно ли линейку принять за материальную точку?

1. Только при ее вращательном движении
2. Только при поступательном движении
3. Только при колебательном движении
4. Можно при любом случае

2. Мячик скатывается по наклонному прямому желобу с постоянным ускорением, по модулю равным 3 м/с².  На сколько увеличиться скорость шарика  за 2 с? 

 

Ответы: 4, 6м/с;   1, 6м/с

 

 

3. Изучение и усвоение нового материала

 

1) Сообщение темы и цели урока

 

 Механика является той областью физики, с которой мы чаще, чем с другими, встречаемся в жизни. Механические явления, процессы, события окружают нас повседневно. ) . Динамика – раздел механики, в основе которого лежат три закона Ньютона. Без имени Ньютона нет физики. Его именем названы теоремы, законы, единицы измерения силы.

Сообщения студентов

 

Биография И.Ньютона (сообщение делает ученик). Демонстрируется презентация. 
    4 января 1643 года в деревушке Вулсторп в доме недавно скончавшегося фермера Ньютона родился мальчик. Ему дали имя отца – Исаак. Родился он  очень слабым. Целую неделю его жизнь висела на волоске. Но судьбе было угодно, чтобы смерть была побеждена, и ребенок остался жив.

Читать, писать и считать  Ньютон выучился в сельских школах Вулсторпа. В школе Ньютон  учился поначалу плохо, занимая в списке успеваемости предпоследнее место. Однако после случившейся как-то драки с одноклассником он решил доказать, что может обойти того в списке успеваемости, и, увлекшись учебой, начинает обгонять одного за другим всех остальных учеников класса. Вскоре Иссак становится лучшим учеником школы.

 Когда Исааку исполнилось  12 лет, дядя Уильям отправил  его учиться в бесплатную Королевскую школу в Грантеме. Здесь он изучал латинский язык, закон Божий и начала математики. После школьных занятий Исаак предпочитал проводить время дома. Он мастерил сложные механические игрушки, модели водяных мельниц, самокаты, водяные и солнечные часы. Ньютон увлекался также воздушными змеями, запуская их ночью с бумажными цветными фонарями.

В мае 1661 году Ньютон прибыл в Кембридж, когда прием в университет был уже закончен. Однако, прочитав рекомендательное письмо дяди Уильяма, директор Тринити-колледжа допустил Исаака к экзамену по латыни. Экзамен был сдан, и 18-летнего Ньютона зачислили в студенты колледжа.

В январе 1665 года Ньютон получил степень бакалавра. К тому времени он имел свою программу исследований в богословии, математике и натуральной философии-физике.

В 1664 году в Англии началась эпидемия чумы. Спасаясь от заразы, жители городов убегали в деревни. В августе 1665 года Тринити-колледж был распущен до лучших времён. Ньютон уехал в Вулсторп, взяв с собой набор лекарственных трав, блокноты, книги, инструменты, призмы, линзы и зеркала. Он пробыл в Вулсторпе до марта 1667 года. За два чумных года Ньютон сделал три своих главных открытия: метод флюксий и квадратур (дифференциальное и интегральное исчисления), объяснение природы света и закон всемирного тяготения.

Однажды, закончив опыты, вулсторпский затворник вышел в  сад. Был тихий августовский вечер. Стук упавшего яблока опять вернул его к давним размышлениям о законах падения: «Почему яблоко всегда падает отвесно,… почему не в сторону, а всегда к центру Земли? Должна существовать притягательная сила в материи, сосредоточенная в центре Земли. Должна, следовательно, существовать сила, та, которую мы называем тяжестью, простирающаяся по всей Вселенной».

 Ньютон вернулся  в Кембридж в апреле 1667 года. В  октябре того же года его  избрали младшим членом колледжа, и он получил небольшую стипендию.  В 1668 году Ньютон построил первый отражательный телескоп. Через год он получил должность профессора и кафедру в Тринити-колледже. В его обязанности входило чтение лекций по греческому языку, математике и натуральной философии, которую он читал как курс физики. На его лекции мало кто ходил: они были сложными по содержанию и непривычными по манере изложения. Ньютон не любил пространных рассуждений и примеров. Лишь со временем его лекции стали нормой преподавания науки.

В 1687 году вышла книга  Ньютона «Математические начала натуральной философии» - величайшая из книг о природе, сравнимая по своей культурно-исторической значимости, может быть, только с Библией.

 

В 1703 году Ньютона избрали  президентом Лондонского королевского общества В ночь на 31 марта 1727 года на 85-м году жизни Ньютон тихо скончался.

Исаак Ньютон был торжественно похоронен в Вестминстерском  аббатстве. На могильной плите высечены знаменательные слова:

Здесь покоится

Сэр Исаак Ньютон,

Который почти божественной силой своего ума

Впервые объяснил

Помощью своего математического метода

Движение и формы  планет,

Пути комет, приливы  и отливы океана.

Он первый исследовал разнообразие световых лучей

И проистекающие отсюда особенности цветов,

Которых до того времени  никто даже не подозревал.

Прилежный, проницательный и верный истолкователь

Природы, древностей и  Священного Писания.

Он прославил –  в своем учении всемогущего Творца.

Требуемую Евангелием простоту он доказал своей жизнью.

Пусть смертные радуются, что в их среде. Жило такое украшение  человеческого рода. 

 

Понятие силы и массы.

Причиной изменения  скорости движения тела в инерциальной системе отсчета всегда является его взаимодействие с другими  телами. Для количественного описания движения тела под воздействием других тел необходимо ввести две новые  физические величины – инертную массу тела и силу.

Сила – это количественная мера взаимодействия тел. Сила является причиной изменения скорости тела. В механике Ньютона силы могут иметь различную физическую причину: сила трения, сила тяжести, упругая сила и т. д. Сила является векторной величиной. Векторная сумма всех сил, действующих на тело, называется равнодействующей силой.

 

Для измерения сил  необходимо установить эталон силы и способ сравнения других тел с этим эталоном.

В качестве эталона силы можно взять пружину, растянутую до некоторой заданной длины. Модуль силы F₀, с которой эта пружина при фиксированном растяжении действует на прикрепленное к ее концу тело, называют эталоном силы. Способ сравнения других тел с эталоном состоит в следующем: если тело под действием измеряемой силы F и эталонной силы F0 остается в покое (или движется равномерно и прямолинейно), то силы равны по модулю F = F₀

Характеристика  силы

1. Модуль

2. Направление

3. Точка  приложения

Эталонная сила в Международной  системе единиц называется ньютон (Н).

На практике нет необходимости  все измеряемые силы сравнивать с  эталоном силы. Для измерения сил  используют пружины, откалиброванные описанным выше способом. Такие откалиброванные пружины называются динамометрами. Сила измеряется по растяжению динамометра.

 

Для количественного  определения силы мы должны уметь  ее измерять. Только после этого  говорить о силе как об определенной физической величине.

Когда человек  не может  поднять тяжелую вещь, он говорит: «Не хватает сил». При этом, происходит сравнение двух совершенно разных сил  – мускульной силы и силы, с которой  Земля притягивает предмет. Но если вы подняли груз и держите его  на весу, то ничто не мешает утверждать. что мускульная сила ваших рук  по модулю равна силе тяжести. Это утверждение , по существу, и является определением равенства сил в механике.

 

Две силы независимо ои их природы считаются равными  и противоположно направленными, если их одновременное действие на тело не меняет его скорости.

 

Измерение силы с помощью  динамометра

 

У вас на столах лежат динамометры. Давайте измерим силу тяжести  некоторых грузов. и запишем в  тетрадь

 

№ груза	Сила

 

 

 

Связь между ускорением и силой

 

Опыт с  бруском

Подвижная тележка прикреплена  при помощи пружинного динамометра  к перекинутой через нити с  грузом на конце. Груз растягивает пружину, сообщающую своей силой упругости  ускорение тележке. Чем больше подвешиваем  груз, тем сильнее растянута пружина и тем больше ускорение тележки.

 

Опыт с грузом подвешенным на нити

 

У вас на столах лежат нить и  груз. Подвести их к опоре. И давайте  проделаем небольшой опыт. Вначале  потяните за нить медленно.

- Что вы наблюдаете?

Теперь дерните резко за нить.

- Что теперь вы наблюдаете?

- Почему так происходит?

(когда мы тянем за нить  медленно, то шар постепенно растягивает  нить до тех пор, пока нить  не оборвется; а если резко  дернуть, то обрывается нижняя  нить. Т.к. шар получает большое  ускорение, но его скорость не успевает измениться, а нижняя нить успевает разорваться)

- Что такое инерция?  (свойство  тел не мгновенно изменять  свою скорость)

 

Масса – это свойство тела, характеризующее его инертность. При одинаковом воздействии со стороны окружающих тел одно тело может быстро изменять свою скорость, а другое в тех же условиях – значительно медленнее. Принято говорить, что второе из этих двух тел обладает большей инертностью, или, другими словами, второе тело обладает большей массой.

Если два тела взаимодействуют друг с другом, то в результате изменяется скорость обоих тел, т. е. в процессе взаимодействия оба тела приобретают ускорения. Отношение ускорений двух данных тел оказывается постоянным при любых воздействиях. В физике принято, что массы взаимодействующих тел обратно пропорциональны ускорениям:

В этом соотношении величины и следует рассматривать как проекции векторов a1  и a2 на ось OX (рис. 1.7.2). Знак «минус» в правой части формулы означает, что ускорения взаимодействующих тел направлены в противоположные стороны.

Масса тела – скалярная величина. Опыт показывает, что если два тела с массами m₁ и m₂ соединить в одно, то масса m составного тела оказывается равной сумме масс m₁ и m₂ этих тел:

m = m1 + m2.

Это свойство масс называют аддитивностью.

В Международной системе  единиц (СИ) масса тела измеряется в килограммах (кг).

Масса любого тела может  быть определена на опыте путем сравнения  с массой эталона (m_эт = 1 кг). Пусть m₁ = m_эт = 1 кг. Тогда

 

Масса – основная динамическая характеристика тела, количественная мера его инертности, т.е. способности тела приобретать определенное ускорение под действием силы.

 

Формулировка 2 закона Ньютона

 

Опыт показывает, что направление  ускорения совпадает с направлением силы вызвавшей ускорение:

F = m a

 

2 закон Ньютона: Произведение массы на ускорение равно сумме действующих на тело сил.

m a = F₁ + F₂ +

 

 

 

Особенности ΙΙ закона Ньютона:

1. Верен для любых сил

2. Сила – причина, определяет ускорение

3. Если действует на тело несколько сил, то берется равнодействующая.

ΙΙΙ закон  Ньютона

Эксперимент

Возьмём два динамометра, и зацепим друг за друга их крючки, и, взявшись за кольца, будем растягивать  их, следя за показаниями обоих  динамометров.

Что увидим? Показания будут совпадать. Сила,  с которой  первый действует на второй, рана силе, с которой второй действует на первый.